Tekanan yang diperlukan pada pemompaan Sistem Irigasi Sprinkler - Pada pembahasan materi agro, dengan pokok pembahasan irigasi dan drainase kali ini mengenai cara menghitung tekanan yang diperlukan pada pemompaan sistem irigasi sprinkler, dan juga membahas tentang Perhitungan Kapasitas Sistem, Hidrolika pipa, Tekanan (Head), Debit, Hidrolika Nozel, Laju aplikasi, Ukuran Butir Air, Tekanan Kerja Sprinkler, Palu Air (Water Hammer), Sebaran Air dan Penggunaan Pupuk lengkap dengan rumus, untuk lebih jelasnya sobat dapat simak dalam penjelasan singkat berikut ini!
Kesalahan yang sering terjadi pada instalasi sistem sprinkler adalah pipa yang digunakan terlalu kecil. Hal ini sering kali dilakukan karena pipa diameter kecil lebih murah daripada diameter besar.
Penentuan jenis dan ukuran pompa, harus memperhitungkan juga jenis tenaga atau mesin penggeraknya. Perhitungan rancangan hidrolika sub unit merupakan tahapan kunci dalam proses desain irigasi sprinkler. Persyaratan hidrolika jaringan perpipaan harus dipenuhi untuk mendapatkan penyiraman yang seragam yaitu nilai koefisien keseragaman harus > 85 % untuk irigasi sprinkler.
Mengingat jumlah dan spesifikasi sprinkler maupun jenis dan diameter pipa yang sangat beragam, maka tahapan rancangan hidrolika sub unit harus dilakukan dengan metoda coba ralat. Jenis pompa yang biasa digunakan pada suatu sistem irigasi sprinkler adalah sentrifugal dan turbin. Pompa sentrifugal digunakan apabila debit dan tekanan yang dibutuhkan relatif kecil, sedangkan pompa turbin digunakan apabila debit dan tekanan yang dibutuhkan relatif besar.
Karakteristik suatu pompa biasanya ditunjukkan oleh kurva karakteristik pompa yang menyatakan hubungan antara (1) kemampuan menaikkan air (H), (2) besarnya debit (Q), (3) efisiensi (E), (4) jumlah putaran per menit (N), dan (5) besarnya tenaga (P).
Besarnya tenaga yang diperlukan untuk pemompaan air tergantung pada (1) debit pemompaan, (2) total head, dan (3) efisiensi pemompaan. Secara matematis besarnya tenaga yang diperlukan suatu pompa ditunjukkan pada persamaan berikut :
dimana :
BHP = tenaga penggerak (kW)
Q = debit pemompaan (l/detik)
TDH = total dynamic head (m)
C = faktor konversi sebesar 102,0
Ep = efisiensi pemompaan (%)
Besarnya tekanan total dari sistem irigasi sprinkler (total dinamic head, TDH) dihitung dengan persamaan :
TDH = SH + E + Hf1 + Hm + Hf2 + + Hv + Ha + Hs
dimana :
SH : beda elevasi sumber air dengan pompa (m), E: beda elevasi pompa dengan lahan tertinggi (m),
Hf1 : kehilangan head akibat gesekan sepanjang pipa penyaluran dan distribusi (m),
Hm : kehilangan head pada sambungan dan katup (m),
Hf2 : kehilangan head pada sub unit (m), besarnya 20 % dari Ha;
Hv : Velocity head (m), umumnya sebesar 0,3 m;
Ha : tekanan operasi rata-rata sprinkler (m);
Hs : head untuk faktor keamanan (m), besarnya 20 % dari total kehilangan head
atau dengan persamaan:
Ht = Hn + Hm + Hj + Hs
dimana:
Ht : total tekanan rencana yang diperlukan pompa untuk bekerja=TDH (m);
Hn : maksimum tekanan yang diperlukan pada pipa utama untuk menggerakan sprinkler pada lateral dengan tekanan operasional terten-tu, termasuk tinggi raiser (m);
Hm : maksimum energi hilang karena gesekan pada pipa utama, tinggi hisap dan NPSH (net positive suction head) pompa (m);
Hj : beda elevasi antara pompa dengan titik sambung lateral dengan pipa utama (m);
Hs : beda elevasi antara pompa dengan muka air sesudah drawdown (m).
Dimana :
Q = kapasitas debit pompa (lt/det);
A = luas areal yang akan diairi (hektar);
D = kedalaman pemakaian air neto (mm);
f = periode atau lama irigasi (hari)
T = jumlah jam operasi aktual per hari (jam/hari);
E = efisiensi irigasi
Umumnya tekanan operasional untuk sprinkler kecil adalah 3 bar. Satuan lainnya yang sering dipakai adalah psi (pound per square inch atau lbf/in2) dalam unit Inggris, dan kilogram gaya per cm2 (kgf/cm2) dalam unit Eropa.
Tekanan dalam pipa dapat diukur dengan suatu alat pengukur tekanan atau manometer. Perancang irigasi sering menyatakan tekanan dalam satuan tinggi air (head of water) karena lebih nyaman untuk digunakan. Jika pengukur Bourdon digantikan dengan tabung vertikal, tekanan air menyebabkan air dalam tabung akan naik. Tingginya kenaikan air ini digunakan sebagai pengukur tekanan dalam pipa. Dalam SI unit: Head air (m) = 0,1 x tekanan (kN/m2), atau Head air (m) = 10 x tekanan (bar). Pada sistem satuan Inggris units Head air (ft) = 2,31 x Tekanan (psi).
dimana :
q = debit sprinkler (l/menit)
Kd = koefisien debit nozel sesuai dengan peralatan yang digunakan
P = tekanan operasi sprinkler (kPa)
H = head operasi sprinkler (m)
Tabel Tipikal karakteristik sprinkler
Butiran air yang besar akan jatuh dan merusak daun tanaman serta menyebabkan pemadatan tanah. Jika tekanan terlalu besar, ukuran air pecah terlalu banyak menyebabkan kabut mudah menguap dan hilang ke udara, dan sebagian besar air akan jatuh dekat sprinkler. Kedua kondisi tersebut menyebabkan pola sebaran menyimpang jauh dari bentuk segi tiga.
Pengukuran tekanan pada waktu sistem irigasi bekerja dapat menggunakan Bourdon gauge dilengkapi dengan penyambung pada lubang nozzle.
Tabel Karakteristik spesifikasi sprinkler hasil pabrikan
Pemberhentian seketika akan terjadi pada waktu (a) memulai dan menghentikan pompa, (b) menutup katup pada pipa, (c) roda kendaraan melindas pipa fleksibel, (d) penyumbatan pada pipa atau nozzle sprinkler karena sedimen dalam air. Dampak negatif palu air dapat dihindari dengan cara (a) mengatur kecepatan aliran di pipa utama tidak melebihi 2 m/det, (b) memulai dan mengahiri pemompaan secara perlahan, (c) menutup katup secara perlahan, (d) membuat jembatan pipa pada lokasi pipa fleksibel yang dilalui kendaraan, (e) mencegah penyumbatan dengan cara penyaringan air irigasi dari sumbernya.
Besarnya keseragaman sebaran air dari sprinkler dapat diukur di lapang dengan memasang beberapa wadah penampung air dalam suatu grid dengan jarak tertentu. Selama waktu operasi tertentu, jumlah air yang tertampung dalam wadah diukur volumenya dengan gelas ukur, kemudian dihitung kedalaman airnya dengan cara membagi volume air dengan luas mulut wadah.
Kemudian koefisien keseragaman dapat dihitung. Nilai keseragaman sebaran air dinyatakan dengan suatu parameter yang disebut koefisien keseragaman (uni-formmity coefficient, Cu). Koefisien keseragaman (Cu) dipengaruhi oleh hubungan antara tekanan, ukuran nozzle, spasing sprinkler dan kondisi angin. Nilai Cu sekitar 85% dianggap cukup baik untuk irigasi sprinkler. Koefisien keseragaman dapat dihitung dengan persamaan berikut:
X = nilai rata-rata pengamatan (mm);
n = jumlah total pengamatan;
Xi = nilai masing-masing pengamatan (mm)
Dimana
WF = jumlah pupuk untuk se-tiap pemakaian (kg);
Ds = jarak antar sprinkler (m)
Dl = jarak antar lateral (m)
Ns = jumlah sprinkler
Wf = dosis pupuk yang direkomendasikan (kg/ha)
Sekian pembahasan mengenai Tekanan yang diperlukan pada pemompaan Sistem Irigasi Sprinkler dan juga tentang cara Perhitungan Kapasitas Sistem, Hidrolika pipa, Tekanan (Head), Debit, Hidrolika Nozel, Laju aplikasi, Ukuran Butir Air, Tekanan Kerja Sprinkler, Palu Air (Water Hammer), Sebaran Air dan Penggunaan Pupuk, dengan rumus cara menghitung, semoga dapat memberikan apa yang sobat cari, selamat belajar!
Tekanan yang diperlukan pada pemompaan Sistem Irigasi Sprinkler
Tekanan yang diperlukan pada sistem sprinkler dengan pemompaan harus mempertimbangkan, (1) Tekanan yang disarankan pada sprinkler, (2) Kehilangan tekanan di pipa utama dan lateral, (3) Perubahan elevasi lahan.Kesalahan yang sering terjadi pada instalasi sistem sprinkler adalah pipa yang digunakan terlalu kecil. Hal ini sering kali dilakukan karena pipa diameter kecil lebih murah daripada diameter besar.
 |
| Tekanan yang diperlukan pada pemompaan Sistem Irigasi Sprinkler |
Penentuan jenis dan ukuran pompa, harus memperhitungkan juga jenis tenaga atau mesin penggeraknya. Perhitungan rancangan hidrolika sub unit merupakan tahapan kunci dalam proses desain irigasi sprinkler. Persyaratan hidrolika jaringan perpipaan harus dipenuhi untuk mendapatkan penyiraman yang seragam yaitu nilai koefisien keseragaman harus > 85 % untuk irigasi sprinkler.
Mengingat jumlah dan spesifikasi sprinkler maupun jenis dan diameter pipa yang sangat beragam, maka tahapan rancangan hidrolika sub unit harus dilakukan dengan metoda coba ralat. Jenis pompa yang biasa digunakan pada suatu sistem irigasi sprinkler adalah sentrifugal dan turbin. Pompa sentrifugal digunakan apabila debit dan tekanan yang dibutuhkan relatif kecil, sedangkan pompa turbin digunakan apabila debit dan tekanan yang dibutuhkan relatif besar.
Karakteristik suatu pompa biasanya ditunjukkan oleh kurva karakteristik pompa yang menyatakan hubungan antara (1) kemampuan menaikkan air (H), (2) besarnya debit (Q), (3) efisiensi (E), (4) jumlah putaran per menit (N), dan (5) besarnya tenaga (P).
Besarnya tenaga yang diperlukan untuk pemompaan air tergantung pada (1) debit pemompaan, (2) total head, dan (3) efisiensi pemompaan. Secara matematis besarnya tenaga yang diperlukan suatu pompa ditunjukkan pada persamaan berikut :
dimana :
BHP = tenaga penggerak (kW)
Q = debit pemompaan (l/detik)
TDH = total dynamic head (m)
C = faktor konversi sebesar 102,0
Ep = efisiensi pemompaan (%)
Besarnya tekanan total dari sistem irigasi sprinkler (total dinamic head, TDH) dihitung dengan persamaan :
TDH = SH + E + Hf1 + Hm + Hf2 + + Hv + Ha + Hs
dimana :
SH : beda elevasi sumber air dengan pompa (m), E: beda elevasi pompa dengan lahan tertinggi (m),
Hf1 : kehilangan head akibat gesekan sepanjang pipa penyaluran dan distribusi (m),
Hm : kehilangan head pada sambungan dan katup (m),
Hf2 : kehilangan head pada sub unit (m), besarnya 20 % dari Ha;
Hv : Velocity head (m), umumnya sebesar 0,3 m;
Ha : tekanan operasi rata-rata sprinkler (m);
Hs : head untuk faktor keamanan (m), besarnya 20 % dari total kehilangan head
atau dengan persamaan:
Ht = Hn + Hm + Hj + Hs
dimana:
Ht : total tekanan rencana yang diperlukan pompa untuk bekerja=TDH (m);
Hn : maksimum tekanan yang diperlukan pada pipa utama untuk menggerakan sprinkler pada lateral dengan tekanan operasional terten-tu, termasuk tinggi raiser (m);
Hm : maksimum energi hilang karena gesekan pada pipa utama, tinggi hisap dan NPSH (net positive suction head) pompa (m);
Hj : beda elevasi antara pompa dengan titik sambung lateral dengan pipa utama (m);
Hs : beda elevasi antara pompa dengan muka air sesudah drawdown (m).
Perhitungan Kapasitas Sistem
Kapasitas sistem sprinkler tergantung pada luas areal lahan yang akan diairi (design area), kedalaman irigasi setiap pemberian air dan waktu operasional yang diijinkan untuk pemberian air tersebut.Dimana :
Q = kapasitas debit pompa (lt/det);
A = luas areal yang akan diairi (hektar);
D = kedalaman pemakaian air neto (mm);
f = periode atau lama irigasi (hari)
T = jumlah jam operasi aktual per hari (jam/hari);
E = efisiensi irigasi
Hidrolika pipa
Kebutuhan total tekanan suatu sistem irigasi sprinkler terdiri atas, (a) static head yaitu jarak vertikal dimana air harus diangkat atau diturunkan antara sumber air dengan titik pengeluaran tertinggi, (b) pressure head yaitu perbedaan ketinggian antara pompa titik tertinggi dan terrendah yang mengoperasikan lateral sepanjang pipa utama dan pipa sub utama yang akan memberikan nilai static head maksimum dan minimum, (c) friction head yaitu kehilangan head sepanjang pipa utama, manifold, adanya katup dan sambungan, (d) velocity head yaitu kecepatan aliran dalam suatu sistem irigasi sprinkler, (jarang melebihi 2,5 m/det), sehingga velocity head jarang melebihi 0,3 m/det dan dapat diabaikan. (e) suction lift yaitu perbedaan antara elevasi sumber air dan elevasi pompa.Tekanan (Head)
Dalam pengertian umum tekanan adalah sebagai pengukur energi yang diperlukan untuk mengoperasikan sistem sprinkler, dan secara spesifik didefinisikan sebagai gaya yang bekerja seragam pada suatu luasan tertentu dengan satuan N/m2. Tekanan atau head seringkali dinyatakan dalam satuan kN/m2 atau bar dimana 1 bar = 100 kN/m2 = 1 kgf/cm2 = 14,5 lbf/in2.Umumnya tekanan operasional untuk sprinkler kecil adalah 3 bar. Satuan lainnya yang sering dipakai adalah psi (pound per square inch atau lbf/in2) dalam unit Inggris, dan kilogram gaya per cm2 (kgf/cm2) dalam unit Eropa.
Tekanan dalam pipa dapat diukur dengan suatu alat pengukur tekanan atau manometer. Perancang irigasi sering menyatakan tekanan dalam satuan tinggi air (head of water) karena lebih nyaman untuk digunakan. Jika pengukur Bourdon digantikan dengan tabung vertikal, tekanan air menyebabkan air dalam tabung akan naik. Tingginya kenaikan air ini digunakan sebagai pengukur tekanan dalam pipa. Dalam SI unit: Head air (m) = 0,1 x tekanan (kN/m2), atau Head air (m) = 10 x tekanan (bar). Pada sistem satuan Inggris units Head air (ft) = 2,31 x Tekanan (psi).
Debit
Kecepatan aliran dalam pipa diukur dalam satuan m/det, sedangkan debit aliran (m3/det) merupakan luas penampang aliran (m2) dikalikan dengan kecepatan (m/det). Untuk sistem sprinkler yang kecil, angka dalam satuan ini sangat kecil sehingga seringkali digunakan satuan m3/jam. Pengukuran debit dari nozzle putar dapat dilakukan dengan cara menyambungkan nozzle dengan selang plastik dan air yang keluar ditampung dalam wadah. Waktu yang diperlukan untuk memenuhi wadah dicatat, dan volume wadah diukur, sehingga debit dapat dihitung.Hidrolika Nozel
Secara umum hubungan antara tekanan atau head dengan debit sprinkler atau nozel ditunjukkan pada persamaan berikut :dimana :
q = debit sprinkler (l/menit)
Kd = koefisien debit nozel sesuai dengan peralatan yang digunakan
P = tekanan operasi sprinkler (kPa)
H = head operasi sprinkler (m)
Laju aplikasi
Laju siraman sprinkler disebut laju aplikasi dinyatakan dengan satuan mm/jam. Laju aplikasi tergantung pada ukuran nozzle, tekanan kerja, jarak antar sprinkler, dan arah serta kecepatan angin. Setiap pabrik pembuat sprinkler mempunyai informasi mengenai ini. Laju aplikasi harus lebih kecil dari laju infiltrasi tanah, sehingga limpasan (run off) dan erosi akibat percikan dapat dicegah. Tabel dibawah ini memberikan contoh karaktersitik dari salah satu pabrik sprinkler.Tabel Tipikal karakteristik sprinkler
| Diameter Nozzel (mm) |
Tekanan (bar) |
Diameter Basah (mm) |
Debit (m3/jam) |
Laju Aplikasi (mm/jam) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 18 x 18 | 18 x 24 | 24 x 24 | ||||
| 4 | 3.0 | 29 | 1.02 | 3.2 | ||
| 5 | 3.0 | 32 | 1.67 | 5.2 | 3.8 | |
| 6 | 3.0 | 35 | 2.44 | 7.5 | 5.7 | 4.2 |
| 8 | 4.0 | 43 | 4.96 | 15.3 | 11.4 | 8.6 |
| 10 | 4.5 | 48 | 8.13 | 25.1 | 18.9 | 14.0 |
Ukuran Butir Air
Suatu sprinkler umumnya menghasilkan ukuran diameter butiran air dari 0.5 – 4 mm. Butiran yang lebih kecil umumnya jatuh dekat sprinkler sedangkan yang lebih besar jatuh lebih jauh. Ukuran butir yang besar dapat merugikan pada tanaman, terutama sayuran dan menyebabkan erosi percik yang akhirnya terjadi pemadatan tanah. Sedangkan jika ukuran butiran air terlalu kecil akan mudah menguap dan banyak air terbuang, akibatnya efisiensi irigasi menjadi rendah. Ukuran butiran yang diinginkan dapat dikendalikan dengan mengatur ukuran nozzle dan tekanan operasional (Tabel).
Tabel Ukuran nozzle, tekanan dan butiran air yang diinginkan
| Ukuran Nozzel | Tekanan (bar) | Jangkauan tekanan yang sesuai (bar) |
|---|---|---|
| 3.0 – 4.5 | 2.00 | 2.75 – 3.50 |
| 4.5 - 6.0 | 2.75 | 3.50 – 4.20 |
| 6.0 – 19.0 | 3.50 | 4.25 – 5.00 |
Tekanan Kerja Sprinkler
Unjuk kerja sprinkler akan baik jika mengikuti tekanan kerja yang disarankan oleh pabrik pembuatnya. Jika tekanan operasi lebih kecil atau lebih besar dari yang direkomendasikan maka akan terjadi penyimpangan unjuk kinerja sistem. Jika tekanan terlalu rendah maka air tak mudah pecah, sehingga sebagian besar air jatuh jauh dari sprinkler.Butiran air yang besar akan jatuh dan merusak daun tanaman serta menyebabkan pemadatan tanah. Jika tekanan terlalu besar, ukuran air pecah terlalu banyak menyebabkan kabut mudah menguap dan hilang ke udara, dan sebagian besar air akan jatuh dekat sprinkler. Kedua kondisi tersebut menyebabkan pola sebaran menyimpang jauh dari bentuk segi tiga.
 |
| Pengaruh Tekanan Terhadap Butiran Air |
Pengukuran tekanan pada waktu sistem irigasi bekerja dapat menggunakan Bourdon gauge dilengkapi dengan penyambung pada lubang nozzle.
Tabel Karakteristik spesifikasi sprinkler hasil pabrikan
| Tekanan Nozzel |
Diameter Nozzel | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kpascal | Psi | 3.97 x 3.18 | 4.76 x 3.97 | 6.35 x 3.97 | |||
| Diameter (Inchi) |
Lbs | Diameter (Inchi) |
Lbs | Diameter (Inchi) |
Lbs | ||
| 207 | 30 | 25 | 0.37 | 26 | 0.52 | 28 | 0.76 |
| 276 | 40 | 27 | 0.43 | 28 | 0.61 | 31 | 0.90 |
| 345 | 50 | 28 | 0.47 | 30 | 0.68 | 34 | 1.00 |
| 314 | 60 | 30 | 0.52 | 31 | 0.74 | 36 | 1.10 |
Palu Air (Water Hammer)
Palu air adalah fenomena hidrolik dimana kenaikan tekanan dalam pipa akan terjadi jika aliran dalam pipa berhenti seketika. Jika kenaikan tekanan tersebut melebihi tekanan kerja normal (normal working pressure), maka kemungkinan pipa akan pecah. |
| Tabel Hubungan spasi sprinkler dan debit |
Pemberhentian seketika akan terjadi pada waktu (a) memulai dan menghentikan pompa, (b) menutup katup pada pipa, (c) roda kendaraan melindas pipa fleksibel, (d) penyumbatan pada pipa atau nozzle sprinkler karena sedimen dalam air. Dampak negatif palu air dapat dihindari dengan cara (a) mengatur kecepatan aliran di pipa utama tidak melebihi 2 m/det, (b) memulai dan mengahiri pemompaan secara perlahan, (c) menutup katup secara perlahan, (d) membuat jembatan pipa pada lokasi pipa fleksibel yang dilalui kendaraan, (e) mencegah penyumbatan dengan cara penyaringan air irigasi dari sumbernya.
Sebaran Air
Umumnya sebaran air terbanyak berada di dekat sprinkler dan berkurang ke arah ujung. Pola sebaran berbentuk segitiga. Untuk membuat sebaran lebih seragam beberapa sprinkler diletakkan secara overlap. Pada kondisi tidak ada angin, jarak spasi antar sprinkler dibuat sekitar 65% dari diameter basah.Besarnya keseragaman sebaran air dari sprinkler dapat diukur di lapang dengan memasang beberapa wadah penampung air dalam suatu grid dengan jarak tertentu. Selama waktu operasi tertentu, jumlah air yang tertampung dalam wadah diukur volumenya dengan gelas ukur, kemudian dihitung kedalaman airnya dengan cara membagi volume air dengan luas mulut wadah.
 |
| Pembasahan dan pola distribusi dari beberapa sprinkler |
Kemudian koefisien keseragaman dapat dihitung. Nilai keseragaman sebaran air dinyatakan dengan suatu parameter yang disebut koefisien keseragaman (uni-formmity coefficient, Cu). Koefisien keseragaman (Cu) dipengaruhi oleh hubungan antara tekanan, ukuran nozzle, spasing sprinkler dan kondisi angin. Nilai Cu sekitar 85% dianggap cukup baik untuk irigasi sprinkler. Koefisien keseragaman dapat dihitung dengan persamaan berikut:
X = nilai rata-rata pengamatan (mm);
n = jumlah total pengamatan;
Xi = nilai masing-masing pengamatan (mm)
Penggunaan Pupuk
Pada sistem irigasi sprinkler yang dilengkapi dengan pemupukan (fertigation), maka larutan pupuk disimpan dalam suatu tangki dan dihubungkan dengan pipa lateral melalui suatu pipa untuk mendapatkan perbedaan tekanan, sehingga larutan pupuk dapat mengalir bersama dengan air irigasi. Larutan pupuk dapat pula dihubungkan melalui pipa isap dari pompa. Sistem ini lebih sederhana tetapi harus hati-hati dalam pemakaiannya karena dapat merusak baling-baling pompa (impeller) menjadi mudah karatan. Jumlah pupuk yang diinjeksikan dalam sistem irigasi sprinkler dihitung berdasarkan persamaan rumus:Dimana
WF = jumlah pupuk untuk se-tiap pemakaian (kg);
Ds = jarak antar sprinkler (m)
Dl = jarak antar lateral (m)
Ns = jumlah sprinkler
Wf = dosis pupuk yang direkomendasikan (kg/ha)
Sekian pembahasan mengenai Tekanan yang diperlukan pada pemompaan Sistem Irigasi Sprinkler dan juga tentang cara Perhitungan Kapasitas Sistem, Hidrolika pipa, Tekanan (Head), Debit, Hidrolika Nozel, Laju aplikasi, Ukuran Butir Air, Tekanan Kerja Sprinkler, Palu Air (Water Hammer), Sebaran Air dan Penggunaan Pupuk, dengan rumus cara menghitung, semoga dapat memberikan apa yang sobat cari, selamat belajar!
